嵌入式系统应用与开发_第二章_ARM架构(一).pptx
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嵌入式系统应用与开发之ARM架构培训课件
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构（续二）
表2.1 典型指令使用频度
指令类型
使用指令使用频度控制类
23%
算术运算类
15%
比较类
13%
逻辑运算类
5%
其他
1%
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构（续三）
1979年美国加州大学伯克利分校提出了 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简 指令集计算机）的概念，RISC并非只是简单地 去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算 机的结构更加简单合理地提高运算速度上。 RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避 免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻 地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少 用微码控制等措施来达到上述目的。
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构（续四）
RISC体系结构应具有如下特点： • 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、
基本寻址方式有2～3种。 • 使用单周期指令，便于流水线操作执行。 • 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进
行操作，只有加载/ 存储指令可以访问存储器， 以提高指令的执行效率。
路漫漫其悠远
2. V2版架构 该 版 架 构 对 V1 版 进 行 了 扩 展 , 如 ARM2 与
ARM3(V2a版)架构,增加了以下功能： ·乘法和乘加指令 ·支持协处理器操作指令 ·快速中断模式 ·SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指
令 ·寻址空间：64M字节
路漫漫其悠远
3. V3版架构 V3版架构对ARM体系结构作为较大的改动,把寻址空
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构
传统的CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构越来越复 杂。在CISC指令集的各种指令中，其使用频率 却相差悬殊，大约有20％的指令会被反复使用， 占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令 却不经常使用，在程序设计中只占20％，显然， 这种结构是不太合理的。
小知识：RISC体系结构（续二）
表2.1 典型指令使用频度
指令类型
使用指令使用频度控制类
23%
算术运算类
15%
比较类
13%
逻辑运算类
5%
其他
1%
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构（续三）
1979年美国加州大学伯克利分校提出了 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简 指令集计算机）的概念，RISC并非只是简单地 去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算 机的结构更加简单合理地提高运算速度上。 RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避 免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻 地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少 用微码控制等措施来达到上述目的。
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小知识：RISC体系结构（续四）
RISC体系结构应具有如下特点： • 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、
基本寻址方式有2～3种。 • 使用单周期指令，便于流水线操作执行。 • 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进
行操作，只有加载/ 存储指令可以访问存储器， 以提高指令的执行效率。
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2. V2版架构 该 版 架 构 对 V1 版 进 行 了 扩 展 , 如 ARM2 与
ARM3(V2a版)架构,增加了以下功能： ·乘法和乘加指令 ·支持协处理器操作指令 ·快速中断模式 ·SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指
令 ·寻址空间：64M字节
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3. V3版架构 V3版架构对ARM体系结构作为较大的改动,把寻址空
路漫漫其悠远
小知识：RISC体系结构
传统的CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构越来越复 杂。在CISC指令集的各种指令中，其使用频率 却相差悬殊，大约有20％的指令会被反复使用， 占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令 却不经常使用，在程序设计中只占20％，显然， 这种结构是不太合理的。
ARM嵌入式系统原理及应用开发 第2章 ARM嵌入式处理器体系结构
异常（ Exceptions）是指内部或外部事件引起的请求使处 理器做出相应处理的事件。当发生异常时，系统执行完当前指 令后，跳转到相应的异常处理程序人口执行异常处理，异常处 理完，程序返回。
1．ARM异常种类及异常中断向量 在ARM体系结构中，异常中断用来处理软中断、未定义 指令陷阱、系统复位及外部中断，共有7种不同类型的异常中 断及其对应的向量地址，见表2．50 实现异常向量的定位由32位地址空间低端的正常地址范围 0x00000000～0x0000001C决定，但有些ARM允许高端地址 0xFFFF0000 ～ 0xFFFF001C来定位异常向量的地址。
19
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2．异常中断的优先级 7种类型的异常分成6级，优先级由高到低依次是: （1）复位（RESET）异常； （2）数据访问中止（DABT）异常； （3）快速中断请求（FIQ）异常； （4）外部中断请求（IRQ）异常； （5）指令预取中止（FABT）异常； （6）软件中断（SWI）异常和未定义的指令（UND）异 常最低优先级。 复位异常的优先级最高，因此任何情况下，只要进入复 位状态，系统无条件地将PC指向0x00000000处，去执行系统 第一条指令。通常此处放一条无条件的转移指令，转移到系 统初始化程序处。
ARM体系架构V7是2005年发布的。它使用了能够带来更 高性能、功耗低、效率高及代码密度大的Thumb®-2技术。它 首次采用了强大的信号处理扩展集，对H．264和MP3 等媒体 编解码提供加速。Cortex-A8TM处理器采用的就是V7版的结 构。
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2．2．2 ARM体系结构的技术特征
（1）单周期操作。ARM指令系统中的指令只需要执行简单的 和基本的操作，因此其执行过程在一个机 器周期内完成。
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1．ARM异常种类及异常中断向量 在ARM体系结构中，异常中断用来处理软中断、未定义 指令陷阱、系统复位及外部中断，共有7种不同类型的异常中 断及其对应的向量地址，见表2．50 实现异常向量的定位由32位地址空间低端的正常地址范围 0x00000000～0x0000001C决定，但有些ARM允许高端地址 0xFFFF0000 ～ 0xFFFF001C来定位异常向量的地址。
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2．异常中断的优先级 7种类型的异常分成6级，优先级由高到低依次是: （1）复位（RESET）异常； （2）数据访问中止（DABT）异常； （3）快速中断请求（FIQ）异常； （4）外部中断请求（IRQ）异常； （5）指令预取中止（FABT）异常； （6）软件中断（SWI）异常和未定义的指令（UND）异 常最低优先级。 复位异常的优先级最高，因此任何情况下，只要进入复 位状态，系统无条件地将PC指向0x00000000处，去执行系统 第一条指令。通常此处放一条无条件的转移指令，转移到系 统初始化程序处。
ARM体系架构V7是2005年发布的。它使用了能够带来更 高性能、功耗低、效率高及代码密度大的Thumb®-2技术。它 首次采用了强大的信号处理扩展集，对H．264和MP3 等媒体 编解码提供加速。Cortex-A8TM处理器采用的就是V7版的结 构。
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2．2．2 ARM体系结构的技术特征
（1）单周期操作。ARM指令系统中的指令只需要执行简单的 和基本的操作，因此其执行过程在一个机 器周期内完成。
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嵌入式系统应用与开发之ARM架构培训课件PPT(共 65张)
3.多处理器状态模式
ARM可以支持用户、快中断、中断、 管理、中止、系统和未定义等七种处理 器模式，除了用户模式外，其余的均为 特权模式。这也是ARM的特色之一，可以 大大提高ARM处理器的效率。
表2.2 ARM version4 processor modes
4.嵌入式在线仿真调试
ARM架构的处理器芯片都嵌入了在线 仿真ICE—RT逻辑，便于通过了JTAG来仿 真调试ARM架构芯片。另外，在处理器核 中还可以嵌入跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Macrocell），用于监控内部总线， 实时跟踪指令和数据的执行。
ARM9系列微处理器主要应用于下一代无 线设备、数字消费品、成像设备、工业控制、 存储设备和网络设备等领域。ARM9E系列微 处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ARM966E-S三种类型。
ARM9E系列微处理器的主要特点如下： •支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场 合。
第二章 ARM体系结构
ARM公司是嵌入式RISC处理器的知 识产权IP供应商,它为ARM架构处理器提 供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、 ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处 理器核(ARM710T/720T/740T、 ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E 及ARM1020E等)。
2. Thumb指令集
由于RISC型处理器的指令功能相对比较弱， ARM为了弥补此不足，在新型ARM架构（V4T版以 上）定义了16位的Thumb指令集。Thumb指令集比 通常的8位和16位CISC/RISC处理器具有更好的代 码密度，而芯片面积只增加6%。可以使程序存储 器更加小。
Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与 等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上 的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。
嵌入式系统技术--ARM体系结构介绍 ppt课件
T： D： M： I：
支持16位压缩指令集Thumb； 支持片上Debug； 内嵌硬件乘法器（Multiplier）； 嵌入式ICE，支持片上断点和调试点；
ppt课件
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流水线
流水线是指在一个指令周期内处理器进行多种 行为的处理，以增加处理器指令流的速度。
如三级流水级，就一个指令周期内有三种行为 发生，取指译码执行。这三种行为同时发 生，每种行为都对应一条指令的执行过程的某 个环节，而不是三种行为对应一条指令的执行 过程。比如译码行为针对的是上一个指令的译 码 PC指针指向的是取指的指令。
－ 支持DSP指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合。 － 支持VFP9浮点处理协处理器。 － 主频最高可达300MIPS。
ARM9E系列微处理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和 ppt课件 ARM966E-S三种类型，以适用于不同的应用场合。
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ARM10E和SecurCore微处理器系列
ARM9系列微处理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三种类型， 以适用于不同的应用场合。ppt课件 13ARM9E微处理器系列
ARM9E系列微处理器使用单一的处理器内核提供了微控制器、 DSP、Java应用系统的解决方案，减少了芯片的面积和系统 的复杂程度。ARM9E系列微处理器提供了增强的DSP处理能 力，适合于需要同时使用DSP和微控制器的应用场合。 ARM9E系列除具有ARM9处理器的特点外还有如下特点：
ARM7系列微处理器包括如下几种类型的核：ARM7TDMI、 ARM7TDMI-S、ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使 用最广泛的32位嵌入式RISC处理器，属低端 ARM处理器核。 10 ppt课件
嵌入式系统课件2
ARM微处理器的异常处理
表1 ARM体系结构的异常类型和异常处理模式
异常类型 复位 未定义指令
软件中断 指令预取中止 数据中止 IRQ（外部中断请 求） FIQ（快速中断请求）
异常 复位 未定义指令
软件中断 中止（预取指 令） 中止（数据） IRQ FIQ
进入模式 管理模式 未定义模式
管理模式 中止模式 中止模式 IRQ FIQ
ARM微处理器的异常处理
从异常返回： ① 将连接寄存器LR的值减去相应的偏移量后 送到PC中。 ② 将SPSR内容送回CPSR中。 ③ 若在进入异常处理时设置了中断禁止位， 要在此清除。 在应用程序的设计中，异常处理采用的方 式是在异常向量表中的特定位置放置一条跳转 指令，跳转到异常处理程序。
ARM的存储结构
ARM微处理器的寄存器结构
ARM处理器有32位ARM和16位Thumb两种工 作状态。在32位ARM状态下执行字对齐的 ARM指令，在16位Thumb状态下执行半字对 齐的Thumb指令。 ARM处理器在两种工作状态之间可以切换， 切换不影响处理器的模式或寄存器的内容。
ARM微处理器的异常处理
ARM微处理器的异常处理
异常的响应过程 当一个异常出现以后，ARM微处理器会执行以下几步 操作： ① 将下一条指令的地址存入相应连接寄存器LR，以 便程序在处理异常返回时能从正确的位置重新开始执 行。 ② 将CPSR状态传送到相应的SPSR中。 ③ 根据异常类型，强制设置CPSR的运行模式位。 ④ 强制PC从相关的异常向量地址取下一条指令执行， 跳转到相应的异常处理程序。
ARM的存储结构
ARM系统使用存储器映射I/O。I/O口使用特定 的存储器地址，当从这些地址加载（用于输入） 或向这些地址存储（用于输出）时，完成I/O 功能。 然而，存储器映射I/O位置的行为通常不同于 对一个正常存储器位置所期望的行为。例如， 从一个正常存储器位置两次连续的加载，每次 返回的值相同。而对于存储器映射I/O位置， 第2次加载的返回值可以不同于第1次加载的返 回值。
ARM嵌入式系统 第2章 ARM体系结构.ppt
ARM指令的长度刚好是1个字，Thumb指令 的长度刚好是半个字。
存储器的存储方式：
如果一个数据是从偶地址开始的连续存储，那 么它就是半字对齐，否则就是非半字对齐；
如果一个数据是以能被4整除的地址开始的连 续存储，那么它就是字对齐，否则就是非字对齐。
方式 地址 特征
半字对齐
…… 0x4002 0x4004 …… Bit0=0 其他位为任意值
2.1.1 ARM公司简介
ARM是Advanced RISC Machines的缩写， 它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计 了大量高性能、廉价、耗能低的RISC （精简指 令集）处理器。
ARM公司的特点是只设计芯片，而不生产。 它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件 和OEM厂商，并提供服务。
第2章 ARM体系结构
2.1 ARM简介 2.2 ARM7TDMI 2.3 ARM的模块、内核和功能框图 2.4 ARM处理器状态 2.5 ARM处理器模式 2.6 ARM内部寄存器 2.7 当前程序状态寄存器 2.8 ARM体系的异常、中断及其向量表 2.9 ARM体系的存储系统
2.1 ARM简介
取指 译码 执行
取指 译码 执行
取指 译码 执行
1234 在第1234个个周周期期，，PP指CC令指指1向向执指指行令令完123成，，，此此指时时令指指2令令和1 进 1指进入 令入3三三流级级水流流线水水推线线进的的一取译 执级指码 行，阶阶同段段时。，开同指始时令指取2令进出4入的指译 令 码 取2阶 指。段 处， 理取 。出指令3。
下面主要对ARM7系列核做简单介绍。
ARM7系列简介
该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、 带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充 了Jazelle的ARM7EJ-S。该系列处理器提供 Thumb 16位压缩指令集和EmbededICE软件调试 方式，适用于更大规模的SoC设计中。
存储器的存储方式：
如果一个数据是从偶地址开始的连续存储，那 么它就是半字对齐，否则就是非半字对齐；
如果一个数据是以能被4整除的地址开始的连 续存储，那么它就是字对齐，否则就是非字对齐。
方式 地址 特征
半字对齐
…… 0x4002 0x4004 …… Bit0=0 其他位为任意值
2.1.1 ARM公司简介
ARM是Advanced RISC Machines的缩写， 它是一家微处理器行业的知名企业，该企业设计 了大量高性能、廉价、耗能低的RISC （精简指 令集）处理器。
ARM公司的特点是只设计芯片，而不生产。 它将技术授权给世界上许多著名的半导体、软件 和OEM厂商，并提供服务。
第2章 ARM体系结构
2.1 ARM简介 2.2 ARM7TDMI 2.3 ARM的模块、内核和功能框图 2.4 ARM处理器状态 2.5 ARM处理器模式 2.6 ARM内部寄存器 2.7 当前程序状态寄存器 2.8 ARM体系的异常、中断及其向量表 2.9 ARM体系的存储系统
2.1 ARM简介
取指 译码 执行
取指 译码 执行
取指 译码 执行
1234 在第1234个个周周期期，，PP指CC令指指1向向执指指行令令完123成，，，此此指时时令指指2令令和1 进 1指进入 令入3三三流级级水流流线水水推线线进的的一取译 执级指码 行，阶阶同段段时。，开同指始时令指取2令进出4入的指译 令 码 取2阶 指。段 处， 理取 。出指令3。
下面主要对ARM7系列核做简单介绍。
ARM7系列简介
该系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、 带有高速缓存处理器宏单元的ARM720T和扩充 了Jazelle的ARM7EJ-S。该系列处理器提供 Thumb 16位压缩指令集和EmbededICE软件调试 方式，适用于更大规模的SoC设计中。
《嵌入式ARM教案》课件
《嵌入式ARM教案》课件第一章：嵌入式系统概述1.1 嵌入式系统的定义介绍嵌入式系统的概念、特点和应用领域解释嵌入式系统与通用计算机系统的区别1.2 嵌入式系统的历史与发展概述嵌入式系统的发展历程介绍嵌入式系统在不同领域的应用发展情况1.3 嵌入式系统的组成与架构讲解嵌入式系统的常见架构介绍嵌入式系统的主要组成部分及其作用1.4 嵌入式系统的优势与挑战阐述嵌入式系统的优势分析嵌入式系统面临的挑战和发展趋势第二章：ARM处理器简介2.1 ARM处理器的发展历程介绍ARM公司的起源和发展历程讲解ARM处理器的发展阶段和产品系列2.2 ARM处理器的特点与优势阐述ARM处理器的特点分析ARM处理器在嵌入式系统中的应用优势2.3 ARM处理器的架构与工作原理讲解ARM处理器的架构设计介绍ARM处理器的工作原理和指令集2.4 ARM处理器的选型与评估指导如何选择合适的ARM处理器介绍评估ARM处理器性能的方法和指标第三章：嵌入式操作系统基础3.1 嵌入式操作系统的概念与分类解释嵌入式操作系统的定义和分类介绍常见的嵌入式操作系统及其特点3.2 嵌入式操作系统的核心功能与架构讲解嵌入式操作系统的核心功能阐述嵌入式操作系统的常见架构设计3.3 嵌入式操作系统的移植与优化介绍嵌入式操作系统移植的基本步骤讲解嵌入式操作系统的优化方法和技巧3.4 嵌入式操作系统的应用与案例分析分析嵌入式操作系统在实际应用中的案例探讨嵌入式操作系统的发展趋势和挑战第四章：嵌入式系统设计与开发流程4.1 嵌入式系统设计的基本原则介绍嵌入式系统设计的重要原则讲解设计过程中需要考虑的因素4.2 嵌入式系统硬件设计讲解嵌入式系统硬件设计的基本步骤和方法介绍硬件选型和硬件设计中的注意事项4.3 嵌入式系统软件设计阐述嵌入式系统软件设计的基本步骤和方法讲解软件开发工具和编程语言的选择4.4 嵌入式系统开发的流程与实践介绍嵌入式系统开发的典型流程分析实际开发过程中需要注意的问题和实践经验第五章：嵌入式系统编程基础5.1 嵌入式编程语言概述介绍嵌入式编程的常用语言及其特点分析不同编程语言在嵌入式系统中的应用场景5.2 C语言编程基础讲解C语言的基本语法和编程技巧介绍C语言在嵌入式编程中的应用和实践5.3 汇编语言编程基础介绍汇编语言的基本概念和语法讲解汇编语言在嵌入式编程中的应用和实践5.4 嵌入式编程的实践技巧讲解嵌入式编程的常见技巧和注意事项分析实际项目中遇到的问题和解决方法《嵌入式ARM教案》课件第六章：嵌入式系统硬件接口与驱动6.1 嵌入式系统硬件接口概述介绍嵌入式系统中常见的硬件接口类型讲解硬件接口的工作原理和功能6.2 UART接口与驱动编程讲解UART接口的基本概念和功能介绍UART接口的驱动编程方法和实践6.3 I2C接口与驱动编程介绍I2C接口的基本概念和协议讲解I2C接口的驱动编程方法和实践6.4 SPI接口与驱动编程讲解SPI接口的基本概念和协议介绍SPI接口的驱动编程方法和实践第七章：嵌入式系统存储与文件系统7.1 嵌入式系统存储概述介绍嵌入式系统中常见的存储设备和技术讲解存储器接口和存储器控制器的选择7.2 NAND闪存与驱动编程介绍NAND闪存的基本概念和特点讲解NAND闪存的驱动编程方法和实践7.3 NOR闪存与驱动编程讲解NOR闪存的基本概念和特点介绍NOR闪存的驱动编程方法和实践7.4 文件系统的设计与实现讲解嵌入式文件系统的设计原理介绍常见嵌入式文件系统的实现方法和实践第八章：嵌入式系统网络通信8.1 嵌入式系统网络通信基础介绍嵌入式系统网络通信的基本概念和技术讲解网络通信协议和网络架构8.2 TCP/IP协议栈与嵌入式网络应用讲解TCP/IP协议栈的基本原理和组成介绍基于TCP/IP协议栈的嵌入式网络应用实践8.3 Wi-Fi通信模块与驱动编程介绍Wi-Fi通信模块的基本概念和功能讲解Wi-Fi通信模块的驱动编程方法和实践8.4 蓝牙通信模块与驱动编程讲解蓝牙通信模块的基本概念和功能介绍蓝牙通信模块的驱动编程方法和实践第九章：嵌入式系统实时性与调度策略9.1 嵌入式系统实时性概述讲解嵌入式系统实时性的概念和重要性介绍实时系统的分类和实时性要求9.2 嵌入式调度策略与算法讲解嵌入式系统的调度策略和算法分析不同调度策略的优缺点和适用场景9.3 实时操作系统（RTOS）简介介绍实时操作系统的基本概念和特点讲解RTOS在嵌入式系统中的应用和实践9.4 实时调度器的实现与优化讲解实时调度器的实现方法和流程介绍调度器的优化技巧和注意事项第十章：嵌入式系统项目管理与实践10.1 嵌入式系统项目管理概述介绍嵌入式系统项目管理的概念和重要性讲解项目管理工具和方法在嵌入式系统中的应用10.2 项目需求分析与规划讲解项目需求分析和规划的方法介绍需求文档编写和项目进度管理的实践经验10.3 嵌入式系统开发的实践技巧讲解嵌入式系统开发中的实践技巧和注意事项分享实际项目开发中的经验和最佳实践10.4 项目验收与维护介绍项目验收的标准和方法讲解项目维护和升级的策略与实践《嵌入式ARM教案》课件第十一章：嵌入式系统安全与加密技术11.1 嵌入式系统安全概述讲解嵌入式系统安全的重要性介绍常见的嵌入式系统安全威胁和攻击手段11.2 加密技术在嵌入式系统中的应用介绍加密技术的基本原理和算法讲解加密技术在嵌入式系统中的应用场景和实践11.3 安全存储与传输讲解如何在嵌入式系统中实现安全存储和传输介绍常见的加密存储和传输技术及其实现方法11.4 安全认证与授权讲解嵌入式系统中的安全认证和授权机制介绍常见的认证和授权方法及其在嵌入式系统中的应用第十二章：物联网与嵌入式系统的融合12.1 物联网概述介绍物联网的概念、架构和应用领域讲解物联网与嵌入式系统的关联和融合趋势12.2 物联网协议与技术讲解物联网中常用的通信协议和技术介绍物联网协议栈和网络架构12.3 物联网在嵌入式系统中的应用案例分析物联网在嵌入式系统中的应用案例探讨物联网技术在嵌入式系统中的实践经验和挑战12.4 物联网安全与隐私保护讲解物联网安全的重要性和挑战介绍物联网中的安全技术和隐私保护措施第十三章：嵌入式系统在智能家居的应用13.1 智能家居系统概述介绍智能家居系统的概念、架构和应用讲解智能家居系统与嵌入式系统的关联和融合13.2 智能家居设备与控制讲解智能家居设备的选择和控制方法介绍智能家居设备的嵌入式系统设计和开发实践13.3 智能家居平台的构建与优化讲解智能家居平台的构建方法和实践介绍智能家居平台的优化技巧和注意事项13.4 智能家居安全与隐私保护讲解智能家居系统中的安全问题和隐私保护需求介绍智能家居系统中的安全技术和隐私保护措施第十四章：嵌入式系统在工业控制的应用14.1 工业控制系统概述介绍工业控制系统的概念、架构和应用领域讲解嵌入式系统在工业控制中的应用和重要性14.2 工业控制设备与接口讲解工业控制设备的选择和接口技术介绍工业控制设备的嵌入式系统设计和开发实践14.3 工业控制协议与通信讲解工业控制中常用的通信协议和技术介绍工业控制协议的实现和通信实践14.4 工业控制系统的安全性与优化讲解工业控制系统中的安全问题和优化需求介绍工业控制系统中的安全技术和优化措施第十五章：嵌入式系统在自动驾驶的应用15.1 自动驾驶系统概述介绍自动驾驶系统的概念、架构和应用前景讲解嵌入式系统在自动驾驶中的应用和挑战15.2 自动驾驶感知与决策讲解自动驾驶系统中的感知技术和决策算法介绍嵌入式系统在自动驾驶感知和决策中的应用15.3 自动驾驶控制与执行讲解自动驾驶系统中的控制技术和执行策略介绍嵌入式系统在自动驾驶控制和执行中的应用15.4 自动驾驶安全与伦理问题讲解自动驾驶系统中的安全问题和伦理挑战介绍自动驾驶系统中的安全技术和伦理指导原则重点和难点解析1. 嵌入式系统的基本概念、特点和应用领域。
ARM嵌入式体系结构与接口技术--ARM技术概述 ppt课件
ARM7系列处理器主要具有以下特点： （1）成熟的大批量的32位RICS芯片； （2）最高主频达到130MIPS； （3）功耗低； （4）代码密度高，兼容16位微处理器；
2.2 ARM微处理器简介
2.2.1 ARM7 处理器系列
（5）开发工具多，EDA仿真模型多； （6）调试机制完善； （7）提供0.25 m、0.18 m及0.13 m的生产工艺； （8）代码与ARM9系列、ARM9E系列及ARM10E系列兼容。
SIMD Instructions
6
Multi-processing
V6 Memory architecture (VMSA)
Unaligned data
support
ARM1136EJ-S
Cortex系列处理器
H
Applications Processor Market
L
Cortex-A8 2000+ MIPS Uni-Proc ARM11 MPCore 2000+ MIPS Multi-proc ARM1176JZ(F)-S 600+ MIPS Uni-Proc ARM1136J(F)-S 600+ MIPS Uni-Proc
byte support
System
2
mode
SA-110 SA-1110
3
Early ARM architectures
Thumb instruction set
ARห้องสมุดไป่ตู้7TDMI
4T
ARM9TDMI
ARM720T
ARM940T
Improved
ARM/Thumb 5TE
Interworking CLZ
2.2 ARM微处理器简介
2.2.1 ARM7 处理器系列
（5）开发工具多，EDA仿真模型多； （6）调试机制完善； （7）提供0.25 m、0.18 m及0.13 m的生产工艺； （8）代码与ARM9系列、ARM9E系列及ARM10E系列兼容。
SIMD Instructions
6
Multi-processing
V6 Memory architecture (VMSA)
Unaligned data
support
ARM1136EJ-S
Cortex系列处理器
H
Applications Processor Market
L
Cortex-A8 2000+ MIPS Uni-Proc ARM11 MPCore 2000+ MIPS Multi-proc ARM1176JZ(F)-S 600+ MIPS Uni-Proc ARM1136J(F)-S 600+ MIPS Uni-Proc
byte support
System
2
mode
SA-110 SA-1110
3
Early ARM architectures
Thumb instruction set
ARห้องสมุดไป่ตู้7TDMI
4T
ARM9TDMI
ARM720T
ARM940T
Improved
ARM/Thumb 5TE
Interworking CLZ
嵌入式系统原理与应用-第二章ARM体系结构
2.1 ARM9嵌入式微处理器
3. AMBA总线接口 ARM微处理器使用AMBA（Advanced Microcontroller Bus Architecture
）总线体系结构。该体系结构是由ARM公司颁布的，具有很强的扩充性。 该标准定义了3种总线。 ➢AHB（Advanced High-performance Bus）用于连接高性能系统模块。支持 突发数据传输和单个数据传输，所有时序参考同一时钟沿，支持分离式总 线事务处理。 ➢ASB（Advanced System Bus）用于连接高性能系统模块。支持突发数据处 理。 ➢APB（Advanced Peripheral Bus）是一个简单接口，支持低性能的外围接 口。
后缀字母代表含义如下表所：
处理器系列 名后缀
含义
说明
Thumb指令集版本1：ARMv4T
T
支持Thumb指令集
Thumb指令集版本2：ARMv5T Thumb-2：ARMv6T
D
表示支持片上调试 允许处理器响应调试请求
M
表示内嵌硬件乘法器 32位乘32位得64位
I
支持片上断点和调试点 提供片上断点和调试点支持
……
THUMBCODE ARMCODE
ADR R0, THUMBCODE+1
BXLeabharlann R0CODE16MOV R2, #2
……
ADR R0, ARMCODE
BX
R0
CODE32
MOV R4, #4
……
2.2 ARM9存储器组织结构
2.1 ARM9嵌入式微处理器
ARM9TDMI处理器核工作模式间的关系 AM9TDMI工作模式
用户模式 （USR模式） 不能访问被保 护的系统资源
ARM嵌入式系统简介PPT课件
·嵌入性：嵌入到对象体系中，有对象环境要求 ·专用性：软、硬件按对象要求裁减 ·计算机：实现对象的智能化功能 特点:1、软硬件一体化；2、代码小，速度快 3、用途固定； 4、可靠性要求高 5、应用广泛。
9
何谓嵌入式系统
广义地说
一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的 计算机软硬件集合体。
即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗严格要求的专用计算机系统 。
在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应 用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器 人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传 统的工业生产和服务方式
3
何谓嵌入式系统
国际芯片市场来看
据统计每年只有10-20%的计算机芯片是为台式PC 或膝上电脑而设计的。
嵌入式系统设计制造的CPU每年大概有10-20亿片。
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何谓嵌入式系统
嵌入式处理器的分类和现状 微控制器（MCU) 数字信号处理器（DSP） 片上系统（SOC） 可编程片上系统（SOPC）
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何谓嵌入式系统
MCU 嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种８
位的电子器件,目前在嵌入式设备中仍然有着极 其广泛的应用。
单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、 总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行 口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、 EEPROM等各种必要功能和外设。
DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法， 用在控制比较困难场合。由于为了追求高执行效 率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。
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何谓嵌入式系统
SOC
SOC（片上系统）是IC设计的发展趋势。采用 SOC设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性， 减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地 提高系统的性能价格比。
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何谓嵌入式系统
广义地说
一个嵌入式系统就是一个具有特定功能或用途的 计算机软硬件集合体。
即以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬 件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、 体积、功耗严格要求的专用计算机系统 。
在工业和服务领域中，大量嵌入式技术也已经应 用于工业控制、数控机床、智能工具、工业机器 人、服务机器人等各个行业，正在逐渐改变着传 统的工业生产和服务方式
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何谓嵌入式系统
国际芯片市场来看
据统计每年只有10-20%的计算机芯片是为台式PC 或膝上电脑而设计的。
嵌入式系统设计制造的CPU每年大概有10-20亿片。
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何谓嵌入式系统
嵌入式处理器的分类和现状 微控制器（MCU) 数字信号处理器（DSP） 片上系统（SOC） 可编程片上系统（SOPC）
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何谓嵌入式系统
MCU 嵌入式微控制器的典型代表是单片机，这种８
位的电子器件,目前在嵌入式设备中仍然有着极 其广泛的应用。
单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、 总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行 口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、 EEPROM等各种必要功能和外设。
DSP是运算密集处理器，一般用在快速执行算法， 用在控制比较困难场合。由于为了追求高执行效 率，不适合运行操作系统，核心代码使用汇编。
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何谓嵌入式系统
SOC
SOC（片上系统）是IC设计的发展趋势。采用 SOC设计技术，可以大幅度地提高系统的可靠性， 减少系统的面积和功耗，降低系统成本，极大地 提高系统的性能价格比。
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小知识：RISC体系结构（续二）
表2.1 典型指令使用频度
指令类型
使用指令使用频度
数据传送类
43%
转/跳控制类
23%
算术运算类
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
15%
比较类
13%
逻辑运算类
5%
其他
1%
小知识：RISC体系结构（续三）
1979年美国加州大学伯克利分校提出了 RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简 指令集计算机）的概念，RISC并非只是简单地 去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算 机的结构更加简单合理地提高运算速度上。 RISC结构优先选取使用频最高的简单指令，避 免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻 地方式种类减少；以控制逻辑为主，不用或少 用微码控制等措施来达到上述目的。
1. V1版架构 该版架构只在原型机ARM1出现过,其基本性
能： ·基本的数据处理指令(无乘法) ·字节、半字和字的LOAD/STORE指令 ·转移指令,包括子程序调用及链接指令 ·软件中断指令 ·寻址空间：64M字节(226)
2. V2版架构 该版架构对V1版进行了扩展,如ARM2与
ARM3(V2a版)架构,增加了以下功能： ·乘法和乘加指令 ·支持协处理器操作指令 ·快速中断模式 ·SWP/SWPB的最基本存储器与寄存器交换指
·增加了MRS/MSR指令,以访问新增的CPSR/SPSR寄存 器
·增加了从异常处理返回的指令功能。
4. V4版架构
V4版架构是目前应用最广的ARM体系结构,对V3版架构 进行了进一步扩充,有的还引进了16位的Thumb指令集,使 ARM使用更加灵活。ARM7、ARM8、ARM9和StrongARM都采 用该版架构。指令集中增加了以下功能：
小知识：RISC体系结构
传统的CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）结构越来越复 杂。在CISC指令集的各种指令中，其使用频率 却相差悬殊，大约有20％的指令会被反复使用， 占整个程序代码的80％。而余下的80％的指令 却不经常使用，在程序设计中只占20％，显然， 这种结构是不太合理的。
令 ·寻址空间：64M字节
3. V3版架构
V3版架构对ARM体系结构作为较大的改动,把寻址空 间增至32位(4G字节),增加了当前程序状态寄存器 CPSR(Current Program Status Register)和程序状态 保存寄存器SPSR(Saved Program Status Register)以 便于异常(Exception)的处理。增加了中止(Abort)和 未定义二种处理器模式。ARM6就采用该版架构。指令 集变化如下：
小知识：RISC体系结构（续四）
RISC体系结构应具有如下特点： • 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、
基本寻址方式有2～3种。 • 使用单周期指令，便于流水线操作执行。 • 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进
行操作，只有加载/ 存储指令可以访问存储器， 以提高指令的执行效率。
现代的CPU往往采用CISC的外围，内部加 入了RISC的特性，如超长指令集CPU就是融合 了RISC和CISC的优势，成为未来的CPU发展 方向之一。
第二章 ARM体系结构
ARM公司是嵌入式RISC处理器的知 识产权IP供应商,它为ARM架构处理器提 供了ARM处理器内核(如ARM7TDMI、 ARM9TDMI、ARM10TDMI等)和ARM处 理器核(ARM710T/720T/740T、 ARM920T/922T/940T、ARM926E/966E 及ARM1020E等)。
·带有链接和交换的转移BLX指令 ·计数前导零CLZ指令 ·BRK中断指令 ·增加了信号处理指令(V5TE版) ·为协处理器增加更多可选择的指令
2.2 ARM架构的特点
1. RISC(Reduced Instruction Set Computer) 型处 理器结构
• 尽量减少复杂功能指令 • 每条指令在单机器周期内执行 • 每条指令都是32bit，具有多种操作功能 • 访问存储空间指令采用LOAD/STORE结构 • 采用cache来提高存/取速度 • 多寄存器结构
2. Thumb指令集
由于RISC型处理器的指令功能相对比较弱， ARM为了弥补此不足，在新型ARM架构（V4T版以 上）定义了16位的Thumb指令集。Thumb指令集比 通常的8位和16位CISC/RISC处理器具有更好的代 码密度，而芯片面积只增加6%。可以使程序存储 器更加小。
Thumb指令集为ARM指令集的功能子集，但与 等价的ARM代码相比较，可节省30％～40％以上 的存储空间，同时具备32位代码的所有优点。
3.多处理器状态模式
ARM可以支持用户、快中断、中断、 管理、中止、系统和未定义等七种处理 器模式，除了用户模式外，其余的均为 特权模式。这也是ARM的特色之一，可以 大大提高ARM处理器的效率。
表2.2 ARM version4 processor modes
4.嵌入式在线仿真调试
ARM架构的处理器芯片都嵌入了在线 仿真ICE—RT逻辑，便于通过了JTAG来仿 真调试ARM架构芯片。另外，在处理器核 中还可以嵌入跟踪宏单元ETM（Embedded Trace Macrocell），用于监控内部总线， 实时跟踪指令和数据的执行。
2.1 ARM架构的发展
ARM公司(Advanced RISC Machines Limited)正式成立于1990年。目前,ARM 架构处理器已在高性能、低功耗、低成 本的嵌入式应用领域占据领先地位，已 占有75%左右的市场。
ARM架构自诞生至今,已经发生了很 大的演变,至今已定义5种不同的版本：
·符号化和非符号化半字及符号化字节的存/取指令
·增加了16位Thumb指令集
·完善了软件中断SWI指令的功能
·处理器系统模式引进特权方式时使用用户寄存器操 作
·把一些未使用的指令空间捕获为未定义指令
5. V5版架构 这是最近推出ARM架构,在V4版基本上增加了
一些新的指令,ARM10和XScale都采用该版架构, 这些新增指令有：